滨海软土地层小半径曲线大坡度盾构施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种滨海软土地层小半径曲线大坡度盾构施工方法，本发明施工方法包括以下两大步骤：轴线控制措施、管片位移控制措施，其中在轴线控制措施中需先进行盾构机预纠调整，设置超挖刀，选择合适的管片，进行管片纠偏，在管片位移控制措施中需进行盾构姿态的预纠，减小总推力，设置注浆孔位，最后在掘进过程中及时对管片螺栓进行复紧，本发明方法从各方面全面地阐述了在滨海特殊软土地层中，盾构轴线控制和管片控制措施及方法，从而达到精细化施工的目的，提高盾构隧道施工质量；同时本方法对类似地层及条件下盾构施工提供了指导性意见和参考依据。
【专利说明】滨海软±地层小半径曲线大坡度盾构施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地铁施工【技术领域】，特别涉及一种在滨海软±地层进行小半径曲线大 坡度盾构的施工方法。
【背景技术】
[0002] 宁波地铁1号线二期工程共有1站2区间；邱隘站，邱隘站?东环南路站区间，邱 隘站可型槽区间。对于正在施工的邱U盾构区间，穿越地层主要为宁波东部滨海软±地层， 并且掘进线路为小半径曲线（R=350M)、大坡度（28%。）。盾构施工难题；（1)由于宁波滨海 软±地层主要为；齡泥质粘±、齡泥质粉质粘±、粉±夹粉砂层；±体含水量大、灵敏度高、 强度低、流塑性大、±体工程性能差，受到施工扰动后固结时间长。在软±地区进行盾构施 工犹如"在豆腐里打洞"，该对盾构施工质量带来了难度，管片极易出现破碎和渗漏水；且盾 构施工中，易引起盾构机及管片上浮，姿态难W控制，施工起来比较困难。（2)盾构机本身为 直线形刚体，而隧道设计线性为曲线，折线与小半径曲线难接近吻合，拟合难度大，大坡度 隧道施工对管片轴线控制较为不利。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了克服上述【背景技术】的缺点，提供一种在滨海软±复杂地质、 小曲线大坡度条件下进行盾构施工的方法。
[0004] 盾构在滨海软±地层施工过程中，为做到精细化，须从盾构推进和管片拼装上同 时控制：即（一)、推进时控制好各种盾构参数；（二)、管片拼装时严格控制内弧面平整度，避 免错台错缝。本专利主要从盾构推进上对盾构精细化施工进行解析阐述。
[0005] 盾构推进上各道关键工序主要为；（1) ±压力控制（2)总推力和掘进速度控制（3) 出±量控制（4 )同步注浆量控制（5 )壁后补压双液浆（6 )盾构轴线控制（7 )管片位移控制。 总体而言，对于盾构推进中±压、推进速度、出±量等为常规控制项目，本文主要是针对两 大要素一盾构轴线控制和管片位移控制来进行论述。
[0006] 本发明的技术方案是：一种滨海软±地层小半径曲线大坡度盾构施工方法，该盾 构施工方法的关键工序包括：±压力控制工序、总推力和掘金速度控制工序、出±量控制 工序、同步注浆量控制工序、壁后补压双液浆工序、盾构轴线控制工序、管片位移控制工序， 所述的盾构轴线控制工序及管片位移控制工序还包括如下技术特征。
[0007] (1)轴线控制措施 ① 盾构机预纠调整 盾构机司机须根据地质情况和线路走向趋势，使盾构机提前进入相应地预备姿态，减 少之后因不良姿态引起的频繁纠偏，同时掌握好左右两侧油缸的推力差，200T W内，尽量地 减小整体总推力，实现慢速急转； ② 超挖刀的设置 根据隧道设计轴线情况，当需要调整垂直或水平姿态时，允许打开超挖刀对指定某一 范围±体进行超挖，超挖量越大，曲线施工越容易；该是因为盾构机不容易出现卡壳现象， 且容易实现转向；另一方面，超挖会使同步注浆浆液因±体的松动绕入开挖面，加上超挖后 推进反力减小，会引起隧道变形增大的问题。因此，超挖量应控制在超挖范围的最小限度 内。超挖刀伸出角度系统设定时设置在需要进行纠偏的区域，例如上半环或下半环，设置原 贝1J ;超挖量一般不超过地层损失率的1. 5%。，引起地表沉降单单日不超过3mm ; ③ 管片型号选择 大坡度、小半径曲线中变坡、转弯的管片选型主要依据是线路轴线，故管片的选型在大 坡度、小半径曲线上须选择较多的对应的纠偏值的管片点位，须预先选择合理管片点位纠 偏，W满足盾构千斤顶的行程要求使盾构机调整到一个良好掘进方向上，例如：当盾尾间隙 右侧较小，而盾构机法面左侧超前量不够时，可根据情况在K2?K7中选用一环左超管片； 区间管片采取错缝拼装，拼装点位有16个； ④ 管片纠偏 取圆曲线的半径为R，管片的环宽为W，管片环所对应的圆也角为a，隧道半径为r ;每 环所需的超前量计算推导如下： 2r 管片超前量:A = 嚴.in 根据上述公式可W计算出半径R曲线下，平均每环管片所需的超前量，再根据设计轴 线的总超前量之和，采用满足曲线转弯要求的管片组合即可； 理论盾尾间隙为25mm，在大坡度和曲线段掘进时，盾尾上、下、左、右间隙随掘进方向是 不断变化的，盾构掘进过程中采取选择不同的管片点位来进行纠偏的方式，控制盾尾间隙， 盾尾间隙一旦过小，就会拉裂管片，造成管片破碎、渗水。
[0008] (2 )管片位移控制措施 ① 盾构姿态的预纠 盾构进入缓和曲线段时，将盾构机姿态往曲线内侧，靠圆也侧偏移2. 0?3. 0cm，形成 反向预偏移，该样可W抵消之后管片的往曲线外侧，背圆也侧的偏移； ② 减小总推力 管片在长时间承受千斤顶水平分力的情况下，管片会向外侧整体移动； 小半径曲线掘进管片位移量可用公式表达：
【权利要求】
1. 一种滨海软土地层小半径曲线大坡度盾构施工方法，该盾构施工方法的关键工序 包括：土压力控制工序、总推力和掘金速度控制工序、出土量控制工序、同步注浆量控制工 序、壁后补压双液浆工序、盾构轴线控制工序、管片位移控制工序，其特征是所述的盾构轴 线控制工序及管片位移控制工序还包括如下技术特征： (1) 盾构轴线控制工序 ① 盾构机预纠调整 操作盾构机须根据地质情况和线路走向趋势，使盾构机提前进入相应的预备姿态，减 少之后因不良姿态引起的频繁纠偏，同时控制好左右两侧油缸的推力差，所述的推力差控 制在200t以内，减小整体总推力，实现盾构机的慢速急转； ② 超挖时机及超挖量控置 根据隧道设计轴线情况，当盾构姿态水平偏差或垂直偏差> ± IOOmm时需要调整垂直 或水平姿态，打开超挖刀对土体进行超挖，超挖量越大，曲线施工越容易；超挖量越大，盾构 机越不易出现卡壳现象，且容易实现转向；另一方面，超挖会使同步注楽楽液因土体的松动 绕入开挖面，加上超挖后推进反力减小，会引起隧道变形增大的问题，因此，超挖量应控制 在超挖范围的最小限度内即超挖量不超过地层损失率的1.5%。，引起地表沉降单单日不超 过 3mm ; ③ 管片型号选择 大坡度、小半径曲线中变坡、转弯的管片选型主要依据是线路轴线，故管片的选型在大 坡度、小半径曲线上须预先选择较多的对应的纠偏值的管片点位，以满足盾构千斤顶的行 程要求使盾构机调整到一个良好掘进方向上，例如：当盾构机法面右侧超前量不够时，可选 用一环右超管片； ④ 管片纠偏 取线路圆曲线的半径为Rmin，管片的环宽为W，管片环所对应的圆心角为α，隧道半径 为r ;每环所需的超前量计算推导如下： 管片超前量为Δ
根据上述公式可以计算出Rmin半径曲线下，平均每环管片所需的超前量，再根据设计轴 线的总超前量之和，采用满足曲线转弯要求的管片组合即可； 理论盾尾间隙为25mm，在大坡度和曲线段掘进时，盾尾上、下、左、右间隙随掘进方向是 不断变化的，盾构掘进过程中采取选择不同的管片点位来进行纠偏的方式，控制盾尾间隙， 盾尾间隙一旦过小，就会拉裂管片，造成管片破碎、渗水； (2) 管片位移控制工序 ① 盾构姿态的预纠 盾构进入缓和曲线段时，将盾构机姿态往曲线内侧，靠圆心侧偏移2. 0?3. 0cm，形成 反向预偏移，这样可以抵消之后管片的往曲线外侧，背圆心侧的偏移； ② 减小总推力 管片在长时间承受千斤顶水平分力的情况下，管片会向外侧整体移动； 小半径曲线掘进管片位移量δ可用公式表达：
T :盾构机推力的反作用力 P :土体对管片侧面的附加应力 R :转弯半径^ :变形系数 由上式得知：当盾构机的推力越大时管片侧向位移也越大，当掘进的转弯半径越小时 管片侧向位移也越大，故掘进过程中须合理控制盾构总推力；总推力根据推进经验一般控 制在800?lOOOt，为保证管片质量，在盾构机能保证设定土压力和姿态可控的情况下，尽 量减小总推力； ③ 合理设置注浆孔位 在管片偏移的方向进行二次注浆填充空隙加固土体，固定和挤压管片以抵抗管片的偏 移；注浆的位置选择要看管片位移的方向确定，在管片位移的一边注浆用以抵抗管片水平 和垂直偏移； ④ 掘进过程中及时对管片螺栓进行复紧 每环推进结束后，须拧紧当前环管片的连接螺栓，并在下一环推进时进行复紧，克服作 用于管片上的推力所产生的垂直分力，减少造成管环隧道的上浮，每掘进完成3环，对10环 以内的管片连接螺栓复拧一次；每块管片都是通过螺栓与周围管片连接，当管片受到上浮 力作用时，会通过螺栓孔壁将上浮。
【文档编号】E21D9/04GK104389615SQ201410514471
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】雷明, 李波, 李海波 申请人:中铁四局集团第二工程有限公司